Method Article

단일 분자 수준에서 순환 고분자의 합성 및 용융 상태에서 그들의 확산 운동의 특성

DOI:

10.3791/54503

⸱

September 26th, 2016

 ,  , 
1Biological and Environmental Sciences and Engineering Division, King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), 2Division of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Hokkaido University, 3Department of Organic and Polymeric Materials, Tokyo Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

합성 및 단일 분자 수준에서 순환 고분자의 확산 움직임의 특성에 대한 프로토콜이 제공됩니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

우리는 고리 폴리머의 합성 방법과 단일 분자 수준에서 용융 상태에서 확산 운동을 특성화하는 프로토콜을 보여줍니다. ESA-CF(Electrostatic Self-Assembly and Covalent Fixation) 공정은 고리형 폴리(테트라하이드로푸란)(poly(THF))의 합성에 사용됩니다. 용융 상태에서 개별 고리형 고분자 사슬의 확산 운동은 고리 사슬에 형광 단동체를 통합하여 단일 분자 형광 이미징을 사용하여 시각화됩니다. 사슬의 확산 운동은 평균 제곱 변위(MSD) 분석과 누적 분포 함수(CDF) 분석의 조합을 통해 정량적으로 특성화됩니다. 고리형 폴리머는 선형 폴리머와 구별되는 다중 모드 확산을 나타냅니다. 이 결과는 앙상블 평균화 뒤에 종종 숨겨져 있는 고분자의 확산 이질성이 ESA-CF 공정을 사용한 고리 고분자의 효율적인 합성과 MSD 및 CDF 분석을 사용한 단일 분자 수준에서 확산 운동의 정량 분석을 통해 드러날 수 있음을 보여줍니다.

Introduction

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고리 폴리머는 체인 끝이 없다는 점에서 독특합니다. 그들은 종종 선형에서 순환으로의 변환에 의한 고분자 미셀의 증가된 열 안정성, 1, 2 및 루프 형성에 의한 박테리아 세포의 DNA의 공간적 조직을 포함하여 선형 미셀과 구별되는 특이한 행동을 나타냅니다. 3 순환 사슬 사이의 위상학적 상호 작용은 그러한 비정상적인 행동에 대한 중요한 요인으로 여겨집니다. 4,5 따라서 얽힌 조건에서 고리 중합체의 움직임과 이완을 특성화하는 것은 수십 년 동안 고분자 과학에서 중요한 연구 주제였습니다. 6

순환 고분자 역학은 핵 자기 공명(NMR), 광 산란 및 점도 측정과 같은 앙상블 평균 실험 방법을 통해 합성 분자와 자연 발생 분자를 모두 사용하여 조사되었습니다. 7-9 그러나 이러한 연구는 종종 샘플의 불순물 분자로 인해 어려움을 겪습니다. 10 더욱이, 얽힌 고분자의 고유한 구조적 이질성으로 인한 개별 분자 운동의 시공간 이질성은 종종 이러한 연구에서 평균화된 앙상블 뒤에 숨겨져 있습니다. 고리형 고분자의 분자 수준 역학을 특성화하기 위해서는 고순도 고리형 중합체를 제공하는 합성 방법과 단일 분자 수준에서 분자 운동의 정량적 특성화를....

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

단관 능성 및 이작 용성 폴리 1. 합성 (THF)

  1. 관능 폴리 (THF)
    1. 불꽃 2 구 100 ㎖의 둥근 바닥 플라스크를 건조. 진공 및 질소 (3 회)와 플라스크를 입력합니다.
    2. 플라스크에 증류수 테트라 하이드로 퓨란 (THF) (50 ㎖)를 추가합니다. 20 ℃에서 물을 용기에 플라스크를 놓고, 온도를 평형화.
    3. 주사기로 플라스크에 메틸 트리 플레이트 (0.5 밀리몰)를 추가합니다. 20 ° C에서 5 ~ 10 분 동안 혼합물을 교반한다.
    4. 주사기로 플라스크에 N의 페닐 피 롤리 딘 (4-6 당량.)를 추가합니다. 30 ~ 60 분 동안 혼합물을 교반한다.
    5. 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. 아세톤 3-5 ml의 잔류 물을 용해. n 개의 헥산 300 ~ 500 ml의에 아세톤 용액을 추가합니다. 침전물을 여과하고, 감압하에 건조.
  2. 관능 성 폴리 (THF)
    1. 불꽃 2 구 100 ㎖의 둥근 바닥 플라스크를 건조. 버지니아cuum 질소 (3 회)와 플라스크를 입력합니다.
    2. 플라스크에 증류수 THF (5....

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

페 릴렌 4 무장 스타를 디이는-통합 8 모양의 dicyclic 폴리 (THF) s는 정전 자기 조립 및 공유 고정 (ESA-CF) 프로세스 (그림 1, 그림 2)를 사용하여 합성 하였다. 시간 경과 단일 분자 형광 이미지는 4 무장 (그림 3a)를 측정하고 (그림 3b) 중합체를 8 자형 하였다. 시간 경과 형광 이미지 (그림 3)은 공간적으로 인해 체인에 높은 형광 페 릴렌 디이 미드의 형광 (23)의 결합에 고립 된 밝고 선명한 반점을 보여줍니다. 확산 계수의 빈도 히스토그램 4 무장 (도 4a)에 대해 계산되고 (도 4b)의 시간 경과 화상의 제곱 - 평균 변위 (MSD) 분석에 의해 중합체 8 자형 하였다. MSD의 플롯과 CDFS.......

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

4 무장과 8 모양의 중합체. 합성을위한 중요한 단계 인 ESA-CF 프로토콜 (그림 1)을 통해 제조 12, 24 단관 능성과 관능 성 선형 폴리 (THF)의 N -phenylpiperidinium 말 단기와이었다 하였다 위의 절차에 따라 합성. 11 이온 교환 복실 과잉 량을 함유하는 수용액에 트리 플레이트 카운터 음이온을 가진 폴리머 전구체의 아세톤 용액으로 재침을 실시 하였다.

4 무장 스타 폴리머 이온 교환 생성물의 공유 변환은 4 시간 동안 환류 톨루엔 (4.9 g / L)에서 수행 하였다. 전환이 충분하지 않은 경우, 반응 시간을 연장한다. 공유 결합 된 생성물을 물에 아세톤 / 헥산 N 및 재 침전 실리카 겔 컬럼 크로마토 그래피에 의해 수득 하였다. 4 무장 중합체의 1H NMR은도 2a에 도시된다. 티S의 E.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개할 것이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구는 일본과학진흥회(Japan Society for the Promotion of Science)의 과학연구보조금(Grant-in-Aid for Scientific Research No. 22750122(S.H.), 제26288099호(T.Y.), 제23350050호(Y.T.)의 지원을 받았습니다. S.H.는 쿠라타 기념관 히타치 과학기술재단(Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation)에 감사하고 있습니다. 이 간행물에 보고된 연구는 King Abdullah University of Science and Technology(SH)의 지원을 받았습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Materials
THFGodo
Wakosil C-300Wako Pure Chemical Industries
아세톤고도
톨루엔Godo
n-HexaneGodo
CHCl3sub>Kanto Chemical
Bio-Beads S-X1Bio-Rad
메틸 트리플레이트,Nacalai Tesque
Triflic 무수물Nacalai Tesque
수산화칼륨Wako Pure Chemical Industries
에탄올Wako Pure Chemical Industries
Poly( 테트라 하이드로 푸란)Aldrich
클로로포름Wako Pure Chemical Industries
침지 오일CargilleType 37 / Type A
Equipment< / strong>
2-Neck 100-ml 둥근 바닥 플라스크
플라스크
비커
깔때기
여과지Whatman
퇴류 콘덴서
주사기
수욕
자석 교반기
회전 증발기
현미경 커버 슬립 (24 x 24mm, No. 1)Matsunami GlassCO22241
Staining jarAS ONE Corporation1-7934-01
초음파 세척기VWR International 142-0047
도립 현미경올림푸스IX71
Ar-Kr 이온 레이저CoherentInnova 70C
Berek 보정기Newport5540
여기 필터SemrockLL01-488-12.5
이염소 거울오메가 광학500DRLP
방출 필터SemrockBLP01-488R-25
렌즈 및 미러Thorlabs
EM-CCD 카메라Andor TechnologyiXon
대물 렌즈(100X, N.A. = 1.3)OlympusUPLFLN 100XOP
대물 히터Bioptechs
분취 GPC일본 분석 산업LC-908
, 플라스크

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Honda, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Topology-Directed Control on Thermal Stability: Micelles Formed from Linear and Cyclized Amphiphilic Block Copolymers. J. Am. Chem. Soc. 132 (30), 10251-10253 (2010).
  2. Honda, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y.

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